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miércoles, 20 de abril de 2011

Robonauta 2 (R2). El primer robot humanoide de la NASA.


No todas las tareas que hay que realizar en una misión espacial son sencillas y seguras. Está claro que a ningún astronauta le apetece salir al espacio dentro de un traje presurizado a reparar una avería o pisar por primera vez la superficie de un satélite o planeta. Pensando en esta cuestión la Nasa junto con la compañía norteamericana General Motors ha creado el primer robot humanoide que ya está siendo entrenado para sumarse a la tripulación de la primera misión de la Agencia Espacial Norteamericana.

R2, que así es como has ido bautizado el ingenio robótico, se parece un poco al robot C-3PO de la saga "La Guerra de las Galaxias", pero sin la habilidad de la locuacidad que tenía dicho personaje. No ha sido pensado este robot para entretener con “charlas” a los astronautas sino más bien para empuñar herramientas y ser un avezado “mecánico de vuelo”. Seguramente R2 apretará con mayor precisión y realizará la toma de datos y medias con mejores resultados que los humanos.

"Nuestra meta es que R2 realice tareas rutinarias de mantenimiento que permitan a los miembros de la estación espacial dedicar más tiempo a los trabajos de mayor importancia", explica Ron Diftler, director del proyecto Robonauta (así se llama el proyecto en el que se ha creado R2), en el Centro Espacial Johnson. "Aquí tenemos a un robot que puede ver los objetos a los que se dirige, puede sentir su entorno y ajustarse a él de acuerdo con las necesidades. Eso es bastante humano. ¡Abre una puerta a posibilidades infinitas!"

Todo robot, consta al menos de una parte mecánica, una parte electrónica y un software. La cinemática del robot es la encargada de mantenerle en pie y hacerle evolucionar en sus posiciones y grados de libertad de una manera precisa tanto en manos como en piernas. Para ello está dotado de motores de altísima precisión que mueven mecanismos con la ayuda de un conjunto de sensores mediante los cuales se reciben las informaciones necesarias para su funcionamiento. De esta manera, el robot dispone de sensores de luz, sonido, presión, tacto, desplazamiento lineal y angular, detectores de movimiento, medidores de distancia, y cámara de captura de imágenes.

¿Por qué dar una forma humana a un robot? Está claro que no es por imitar a los robots que la ciencia ficción nos dibuja. Sencillamente es porque la anatomía del ser humano está perfectamente pensada para el desplazamiento y también para la manipulación de objetos. Es cierto, no obstante que no es nada fácil imitar la anatomía del ser humano, dado que una mano, brazo, pierna o pie humanos presentan un diseño, bajo el punto de vista de la ingeniería, de un altísimo rendimiento y eficacia. La robótica copia en la medida de lo posible la funcionalidad de un cuerpo humano. Piensen simplemente en los grados de libertad de un brazo con su mano incluida y se darán cuenta de lo que les digo.

¿Es más preciso un robot que un ser humano? La respuesta, sin lugar a dudas, es si. Nuestro organismo está bastante limitado, tanto a nivel de percepción sensorial, como de sistema neuro-muscular (sistema motor). La respuesta en precisión y rapidez de un robot es muy superior a la del hombre. En ese aspecto las máquinas nos ganan. Por esta razón la Nasa ha decidido llevar a bordo de sus misiones uno de estos ingenios.

Un robot, eso sí, es una máquina “tonta” a la que hay que decirle todo lo que debe hacer con una meticulosidad extraordinaria. El robot para realizar las tareas que se le encomiendan dispone de un sistema computacional de procesamiento de información que es el “cerebro” que lo gobierna. Para conseguir que el robot realice las tareas con precisión hay que “enseñarlo”, o si quieren, entrenarlo. Todo aquello que se le diga en la fase de entrenamiento lo conservará en sus memorias y pueden estar seguros que no lo olvidará salvo que sufra un accidente importante.

¿Puede un robot hacer algo que previamente no se la haya programado?, ¿puede tomar una decisión? Este asunto es muy delicado y conviene dejarlo claro, sobre todo para los que no conocen mucho estas tecnologías. Los robots no toman decisiones por sí mismos, salvo que se les haya entrenado para ello. Se habla de “aprendizaje” en robótica al conjunto de operaciones que se realizan con el robot dentro de su proceso de fabricación orientada a resolver las tareas que se le encomendaran. Este se realiza mediante “patrones” que se van guardando en su memoria constituidos por una secuenciación perfectamente desarrollada de cada uno de los movimientos y/o acciones que deberá realizar, naturalmente asociada a una serie de señales u órdenes que recibirá del exterior. “Adelante” es una orden que el robot ejecutará poniendo sus motores en marcha en sentido de avance y en la que intervendrán los sensores de posición y/o distancia capaces de detectar que en el espacio inmediato a recorrer no hay obstáculos que impidan el movimiento. Si se produce una eventual señal de alarma o la detección de l un cambio de condiciones en el desarrollo de una secuencia el robot se parará o cambiará su trayectoria.

De momento R2 no tiene piernas dado que no se ha pensado en principio que deba desplazarse por las dependencias de una nave o un laboratorio, más bien estará en un lugar fijo con un área de intervención restringida. En todo caso el proyecto si contempla en sucesivas fases que R2 sea capaz de desplazarse y posea mecanismos de fijación en los pies para poder dejar las manos libres dedicadas a las tareas de precisión encomendadas.

Dice Rob Ambrose, uno de los investigadores del centro de producción de R2. “Cuando le coloquemos piernas y otras mejoras que se le realizarán, su futuro es muy prometedor. De hecho, el objetivo final para R2 es que ayude a los astronautas en las actividades extra-vehiculares (EVA, por su sigla en idioma inglés). Pero primero, como si fuera un estudiante de la escuela, el robot debe avanzar poco a poco a medida que se le añadan nuevos elementos (como las piernas) y adquiera nuevas habilidades.”

Más información en: http://robonaut.jsc.nasa.gov/default.asp

lunes, 15 de febrero de 2010

El Libro Blanco de la Robótica.


Muy recientemente he recibido en casa el “Libro Blanco de la Robótica” .El libro está desarrollado por el Comité Español de Automática (CEA), sociedad científica nacional que agrupa a la inmensa mayoría de los investigadores en el área de Robótica, y con un enfoque de investigación de las Universidades, los Centros Tecnológicos y el CSIC. Su desarrollo ha estado respaldado por asociaciones empresariales y sectoriales tales como la Asociación Española de Robótica (AER), el Observatorio de Prospectiva Tecnológica e Innovadora (OPTI) y Fundación COTEC para la Innovación Tecnológica. Aquí se puede pedir el libro o descargarlo en formato pdf: http://www.cea-ifac.es/wwwgrupos/robotica/actividades/libroblanco.html

Creo que es un buen documento para asomarse a la realidad española en este terreno y conocer las principales líneas de desarrollo que se están siguiendo en nuestro país de cara la implementación de sistemas de automatización y control con la ayuda de robots. Es muy importante que se tome en consideración el hecho de que la implantación de sistemas robotizados resulta concluyente para conseguir un alto grado de fiabilidad y de calidad en el desarrollo de productos y procesos que evidentemente repercute en la productividad y en la rentabilidad económica de nuestras empresas.


España cuenta con prestigiosos centros de investigación y desarrollo en este terreno que la sitúan entre los principales países poseedores de tecnología y potencial industrial para la producción de estos ingenios y sus interfaces.


En el contexto industrial los beneficios que aporta actualmente la robótica se pueden resumir en cuatro: 1.- Productividad, aumento de la producción y reducción de costes, sobre todo laborales, de materiales, energéticos y de almacenamiento. 2.- Flexibilidad, que permite la fabricación de una familia de productos sin la necesidad de que se modifique la cadena de producción, por consiguiente, sin paradas ni pérdidas de tiempo. 3.- Calidad, debido al alto nivel de repetitividad de las tareas realizadas por los robots que aseguran una calidad uniforme del producto final y 4.- Seguridad, ya que los procesos de fabricación se llevan a cabo con un mínimo número de personas, disminuyendo las posibilidades de accidentes laborales y reemplazando a los operarios de tareas tediosas.


España ocupa un puesto relevante en la robótica industrial, estando en el 7º lugar en el mundo y el 4° en Europa por número de robots instalados, con cerca de 22.000 unidades, bastante por encima del Reino Unido y muy cerca de Francia. Del mismo modo, si se toma como indicador la tasa de robots instalados por cada 10.000 trabajadores en la industria manufacturera, España se encuentra en un destacado lugar, por detrás solamente de Japón, Corea, Alemania, Italia, Suecia y Finlandia. Esta situación está acorde o incluso por encima de nuestra situación económica en general y demuestra la importancia de la robótica en la economía española. Ahora bien, es necesario hacer notar que esta situación relevante está motivada exclusivamente por la gran implantación de la industria automovilística en nuestro país. Por lo tanto, este indicador es volátil en cuanto que debe considerarse la posible migración de estas industrias a terceros países donde los costes de fabricación sean inferiores.


Cabe preguntarse sobre el tipo de sectores en los que se encuentra más implantado el uso de robots. Es evidente que con notable diferencia se encuentra en primer lugar la industria automovilística, en el año 2004 el 68% de los robots instalados en nuestro país estaban en este tipo de factorías. Las industrias del calzado, el cuero, madera, corcho, plásticos y muebles incluyen hasta un 16% del parque de robots.


Llama la atención en el Libro Blanco de la Robótica el espacio dedicado a las nuevas aplicaciones de los robots tales como las sanitarias. En este campo destacan los “robots cirujanos” en sus dos vertientes: por un lado la cirugía robotizada guiada por imagen y, por otro el uso de robots en cirugía mínimamente invasiva. Se suman a la lista los robots orientados a la rehabilitación, asistentes hospitalarios, sillas autónomas y robots asistenciales.

El medio ambiente también recibe prestaciones importantes del mundo de la robótica. Los llamados “robots de vigilancia medioambiental” son aquellos que pueden contribuir a la lucha contra situaciones originadas por los desastres medioambientales. Se trata de robots cuya misión fundamental consiste en la captura inteligente de información de variables ambientales, para su tratamiento e interpretación de manera manual o automática y actuación en consecuencia.


¿Cuáles son las líneas de investigación actuales en materia de robótica industrial? La denominada I+D+i (Investigación + Desarrollo + innovación) en el campo de la robótica prevé para los próximos años interesantes expectativas que buscan combinar la flexibilidad y la productividad en las are4as de aplicación. No debemos olvidar que es un reto importante la integración plena de los robots en toda la cadena de producción. En este sentido los retos planteados hacen referencia a: desarrollo de nuevos sistemas de manipulación y agarre, desarrollo de sistemas multi-robot, desarrollo de sistemas de fabricación en los que los robots cooperen con los operarios, programación flexible de los robots, desarrollo de interfaces avanzadas, desarrollo de sistemas de planificación inteligente, mejoras en las tecnologías de los sensores, métodos de detección de fallos y recuperación, desarrollo de sistemas de control abierto.


Para terminar quiero decirles que también existe una I+D+i en la robótica de servicio. En este caso se trata de aquellas aplicaciones de los robots en las tareas de servicios tanto domésticos como públicos. El futuro más inmediato nos traerá maquinas robotizadas para tareas del hogar, asistencia personal, cuidados de niños, ancianos y discapacitados, educación y entretenimiento, etc. También las oficinas y lugares públicos verán en el futuro aparecer robots en sus respectivos servicios: recepción, limpieza, seguridad, manipulación de documentos, medicina quirúrgica, inspección y mantenimiento, vigilancia de fronteras, desactivación de explosivos, lucha contra el fuego, etc...


Les recomiendo la lectura de este ejemplar del Libro Blanco de la Robótica si tienen interés por adquirir una visión generalizada del estado actual de este área de la tecnología. El libro viene acompañado de un CD con numerosos videos ilustrativos de tareas y aplicaciones de robots.